RU2551714C2 - Способ контроля и управления коэффициентом избытка окислителя при сжигания топлива - Google Patents
Способ контроля и управления коэффициентом избытка окислителя при сжигания топлива Download PDFInfo
- Publication number
- RU2551714C2 RU2551714C2 RU2013133057/06A RU2013133057A RU2551714C2 RU 2551714 C2 RU2551714 C2 RU 2551714C2 RU 2013133057/06 A RU2013133057/06 A RU 2013133057/06A RU 2013133057 A RU2013133057 A RU 2013133057A RU 2551714 C2 RU2551714 C2 RU 2551714C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- combustion
- zone
- oxidizer
- flame
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к энергетике. Способ контроля и управления процессом горения углеводородного топлива в топках котлов и промышленных печей, при котором опытным путем определяют стехиометрическое соотношение горючего и окислителя для данного вида топлива в данной топке; определяют значения абсолютных величин электрических потенциалов в трех зонах пламени факела: зоне подготовки, зоне сгорания и зоне догорания при стехиометрическом соотношении горючего и окислителя и принимают их за эталонные; непрерывно измеряют значения абсолютных величин электрических потенциалов в трех зонах пламени факела и сравнивают их с эталонными, причём по результатам сравнений непрерывно регулируют подачу окислителя в соответствии с полученными показателями. Изобретение позволяет обеспечить полное сгорание углеводородного топлива в топках. 1 ил.
Description
Изобретение относится к способам контроля и управления процессом горения и может быть использовано в системах контроля и управления процессом сжигания топлива в топках котлов и промышленных печей.
Известно, что величина электрического потенциала в пламени углеводородного топлива определяется двумя факторами: наличием химических реакций горения и термоэмиссией электронов с раскаленных частиц сажи [Степанов Е.М., Дъячков Б.Г. Ионизация в пламени и электрическое поле. - М.: Металлургия, 1968. - с. 158].
Известен способ поддержания оптимального коэффициента избытка окислителя в камере сгорания с помощью измерения второй производной от сопротивления оксидного датчика [АС №6930941-79]. Недостатком такого способа регулирования является трудность предотвращения неполного сгорания топлива, величина которого зависит от амплитудно-частотной характеристики системы регулирования, настройки топливосжигающих устройств и выбранного места установки датчика.
Известен способ регулирования коэффициента избытка окислителя оксидным датчиком, периодически вносимым в топку [АС №7984242-81], однако данный способ регулирования режима горения характеризуется недостаточной точностью регулирования вследствие низкой чувствительности оксидного датчика в защитном чехле.
Известен способ автоматического регулирования процесса горения в топке газомазутного парового котла путем изменения коэффициента избытка окислителя и рециркулирующих газов по данным расхода топлива и воздуха и корректирующему сигналу пропорционально содержанию свободного кислорода в дымовых газах [«Способ управления процессом уменьшения токсичности», АС №8509953-81].
Известен косвенный способ определения коэффициента избытка окислителя, который включает отбор пробы дымовых газов и последующий анализ содержания кислорода с помощью автоматического магнитного газоанализатора [Копелович А.П. Краткий справочник по автоматическому регулированию в черной металлургии. - М.: Металлургия, 1963. - с. 367-375]. При наличии кислорода в продуктах сгорания снижается расход воздуха, необходимый для сжигания этого топлива. Принцип действия магнитного газоанализатора на О2 основан на магнитной восприимчивости кислорода. При этом используется явление термомагнитной конвекции кислородсодержащего газа в неоднородном магнитном поле при наличии в газе температурного градиента.
Недостатком известного способа является большая тепловая инерция датчика и низкая чувствительность (не больше 8 мВ/% О2, а также зависимость его показаний от температуры окружающей среды, расхода газа и его давления. Это не позволяет достичь необходимой точности.
Известен способ определения коэффициента избытка воздуха путем измерения температуры продуктов сгорания и других параметров и дальнейшего расчета коэффициента избытка окислителя по формуле [АС №694736 «Способ автоматического регулирования горения в парогенераторе»]. Для данного способа характерна низкая точность, обусловленная недостаточной точностью измерения входящих в формулу параметров.
Для повышения точности измерений температуры в продуктах сгорания с последующим расчетом коэффициента избытка окислителя дополнительно измеряют поток продуктов сгорания при помощи двух датчиков, имеющих различную степень черноты приемных поверхностей [АС №9817615-82 «Способ определения коэффициента избытка воздуха»].
Известен способ определения полноты сгорания топлива, например, в камере сгорания газотурбинного двигателя на неустановившемся режиме работы, отличающийся тем, что, с целью упрощения измерений параметров процесса, определяют разность статических давлений за компрессором в установившемся режиме и при приемистости, а по ее значению - полноту сгорания [АС №244014 - 2005 «Способ определения полноты сгорания топлива»]. Однако он является непригодным для использования в топках котлов и промышленных печей.
Основным недостатком рассмотренных способов является отсутствие непрерывного контроля за процессом сгорания топлива и значительное временя запаздывания управляющего сигнала, реагирующего на изменение коэффициента избытка окислителя.
Техническим результатом от использования изобретения является обеспечение полного сгорания топлива в топках котлов/промышленных печей или других энергетических установок при минимальной концентрации окислителя за счет постоянного поддержания концентраций горючего и окислителя в стехиометрическом соотношении.
Результат получается за счет того, что:
- опытным путем выявлена стехиометрическая зависимость между соотношением топлива и воздуха,
- выполнены измерения электрических потенциалов в трех областях пламени факела - в зоне подготовки, зоне сгорания и зоне догорания,
- выполняется непрерывное измерение и сравнение величин электрических потенциалов в вышеуказанных областях факела пламени,
- на основании сравнения полученных соотношений изменяется подача окислителя или горючего в топочное пространство.
При этом снижается удельное количество используемого топлива и окислителя на единицу полученного тепла; уменьшаются энергозатраты на подачу и нагревание избыточно поданного в топку окислителя, вследствие этого улучшаются экологические и экономические показатели котлов/промышленных печей и прочих энергетических установок.
Предложенный способ позволяет контролировать и поддерживать коэффициент избытка окислителя в топке на таком уровне, что концентрации горючего и окислителя находятся в стехиометрическом соотношении, обеспечивающем полное сгорание топлива при минимальной концентрации окислителя. Вследствие чего минимизируются концентрации вредных продуктов неполного сгорания топлива, таких как СО, СН и т.п., что повышает экологичность процесса сжигания топлива. А также уменьшается расход электроэнергии на подачу окислителя, и снижаются потери теплоты, полученной от сгорания топлива ввиду отсутствия в необходимости нагрева избыточно подаваемого окислителя в топку, который, не участвуя в процессе горения, выбрасывается в атмосферу.
Для справки: стехиометрическое соотношение - это теоретически верное соотношение топлива и воздуха, при котором в процессе горения кислород воздуха и топливо будут израсходованы полностью без остатка. Стехиометрическое соотношение для каждого вида топлива и окислителя определяется опытным путем.
Описание заявляемого способа.
Способ контроля и управления коэффициентом избытка окислителя при сжигании углеводородного топлива в топке котла или промышленной печи заключается:
- в выборе опытным путем оптимального режима горения данного вида топлива в данной топке, т.е. определение стехиометрического соотношения горючего и окислителя, например, известен косвенный способ определения коэффициента избытка окислителя, который включает отбор пробы дымовых газов и последующий анализ содержания кислорода с помощью автоматического магнитного газоанализатора [Копелович А.П. Краткий справочник по автоматическому регулированию в черной металлургии. - М.: Металлургия, 1963. - с. 367-375];
- в определении значений модулей значений электрических потенциалов в трех зонах пламени факела: зоне подготовки, зоне сгорания и зоне догорания при стехиометрическом соотношении горючего и окислителя и в принятии их за эталонные. Измерение электрических потенциалов точек пространства в области горения производится с помощью одноэлектродных пассивных (электростатических) зондов. Электростатический метод измерения потенциалов точек пламени основывается на внесении в область пламени пассивного зонда, подключенного к вольтметру [Фиалков Б.С., Щербаков Н.Д., Плицын В.Т. Распределение электрического потенциала в углеводородных пламенах. ФГВ. - 1978. - №3. - с.87-90], или плате сбора данных PCL-818HG, ориентированной на снятие потенциала в промежутке от 0,001 до 10 В. Полученные данные обрабатываются с помощью ЭВМ. Потенциал измеряется относительно «земли».
Зонд может быть изготовлен из огнеупорного проводящего материала (нихромовой проволоки) и покрыт изолирующим материалом (кварцевым капилляром. Это позволяет изолировать горловину капилляра от попадания в зазор между зондом и капилляром продуктов горения и надежнее зафиксировать зонд);
- в непрерывном измерении модулей значений электрических потенциалов в трех зонах пламени факела;
- в непрерывном сравнении получаемых значений модулей электрических потенциалов в зоне сгорания и догорания с помощью программы ЭВМ (например, модернизированной программы: «Расчет и построение градиентов концентрации электрических зарядов и тепловых потоков в области горения». Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ №2012661405 РФ /Роспатент. - Заявл. 21.12.2012 - №2013612108; зарег. 14.02.2013 в Реестре программ для ЭВМ);
- коэффициент избытка окислителя будет близок к стехиометрическому, если разность потенциалов между зоной сгорания и зоной догорания близка к нулю и между зоной подготовки и зоной сгорания электрический потенциал отличается приблизительно в десять раз;
- увеличение разности абсолютных величин потенциалов между зоной сгорания и зоной догорания свидетельствует о том, что коэффициент избытка окислителя больше стехиометрического, и расход топлива увеличивают (либо уменьшают расход воздуха);
- уменьшение разности абсолютных величин потенциалов между зоной сгорания и зоной догорания свидетельствует о том, что коэффициент избытка окислителя меньше стехиометрического, и расход топлива уменьшают (либо увеличивают расход воздуха);
- уменьшение отношения абсолютных величин потенциалов зоны подготовки к зоне сгорания более чем в 10 раз свидетельствует о том, что коэффициент избытка окислителя больше стехиометрического, и расход топлива увеличивают (либо уменьшают расход воздуха);
- увеличение отношения абсолютных величин потенциалов зоны подготовки к зоне сгорания более чем в 10 раз свидетельствует о том, что коэффициент избытка окислителя меньше стехиометрического, и расход топлива уменьшают (либо увеличивают расход воздуха);
- изменение соотношения абсолютных величин потенциалов зоны подготовки к зоне сгорания проявляется только при значительном отклонении (более 70%) коэффициента избытка окислителя от стехиометрического значения;
- изменение соотношения абсолютных величин потенциалов между зоной сгорания и зоной догорания при значительном отклонении (более 70%) коэффициента избытка окислителя от стехиометрического значения не позволяет достоверно определить коэффициент избытка окислителя по величине значений электрических потенциалов в этих зонах;
- в непрерывном регулировании подачи окислителя в соответствии с полученными показателями. В качестве двигателя подачи воздуха (горючего) может быть использован асинхронный двухфазный двигатель, который установлен на современных газовых горелках [Токарев Б.Ф. Электрические машины. Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1990], оборудованный микропроцессорным устройством управления, получающим управляющие сигналы с ЭВМ.
Так как измерение и сравнение электрических потенциалов в трех областях пламени производится непрерывно во все время работы топки, то в любой момент времени имеется информация о динамике процесса горения по высоте факела пламени. Результаты измерения и сравнения величин электрических потенциалов отражают динамику выгорания практически мгновенно, поэтому время запаздывания в отработке управляющего сигнала на изменение коэффициента избытка окислителя близко к минимальному.
На чертеже показана схема расположения областей пламени, где 1 - зона подготовки, 2 - зона сгорания и 3 - зона догорания.
Предложенный способ позволяет контролировать и поддерживать коэффициент избытка окислителя в топке на таком уровне, что концентрации горючего и окислителя находятся в стехиометрическом соотношении, обеспечивающем полное сгорание топлива при минимальной концентрации окислителя. Вследствие этого минимизируются концентрации вредных продуктов неполного сгорания топлива (таких как СО и СН), что повышает экологичность процесса сжигания топлива, а также уменьшается расход электроэнергии на подачу окислителя и снижаются потери теплоты, полученной от сгорания топлива ввиду отсутствия в необходимости нагрева избыточно подаваемого окислителя (не участвует в процессе горения и выбрасывается в атмосферу) в топку.
Claims (1)
- Способ контроля и управления коэффициентом избытка окислителя при сжигании топлива, включающем измерение величин электрических потенциалов в факеле и регулирование подачи топлива и окислителя, отличающийся тем, что опытным путем определяют стехиометрическое соотношение горючего и окислителя для данного вида топлива в данной топке; определяют значения абсолютных величин электрических потенциалов в трех зонах пламени факела: зоне подготовки, зоне сгорания и зоне догорания при стехиометрическом соотношении горючего и окислителя и принимают их за эталонные; непрерывно измеряют значения абсолютных величин электрических потенциалов в трех зонах пламени факела и сравнивают их с эталонными; по результатам сравнений непрерывно регулируют подачу окислителя или топлива в соответствии с полученными показателями.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013133057/06A RU2551714C2 (ru) | 2013-07-16 | 2013-07-16 | Способ контроля и управления коэффициентом избытка окислителя при сжигания топлива |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013133057/06A RU2551714C2 (ru) | 2013-07-16 | 2013-07-16 | Способ контроля и управления коэффициентом избытка окислителя при сжигания топлива |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013133057A RU2013133057A (ru) | 2015-01-27 |
| RU2551714C2 true RU2551714C2 (ru) | 2015-05-27 |
Family
ID=53280954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013133057/06A RU2551714C2 (ru) | 2013-07-16 | 2013-07-16 | Способ контроля и управления коэффициентом избытка окислителя при сжигания топлива |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2551714C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2717868C1 (ru) * | 2018-12-10 | 2020-03-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Способ оптимизации капельно-факельного сжигания водоугольного топлива в вихревом потоке |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3369749A (en) * | 1967-02-17 | 1968-02-20 | Exxon Research Engineering Co | Low excess air operation of multipleburner residual-fuel-fired furnaces |
| SU603807A1 (ru) * | 1972-10-20 | 1978-04-25 | Ленинградский Научно-Исследовательский Институт Ордена Трудового Красного Знамени Академия Коммунального Хозяйства Им.К.Д.Паамфилова | Способ автоматического регулировани процесса горени |
| SU985600A1 (ru) * | 1981-04-24 | 1982-12-30 | Саратовский филиал Специального конструкторского бюро Всесоюзного научно-производственного объединения "Союзгазавтоматика" | Устройство контрол наличи пламени |
| RU2096690C1 (ru) * | 1993-02-26 | 1997-11-20 | Тольяттинский политехнический институт | Способ контроля и управления сжиганием топлива и ионизационный датчик для его осуществления |
-
2013
- 2013-07-16 RU RU2013133057/06A patent/RU2551714C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3369749A (en) * | 1967-02-17 | 1968-02-20 | Exxon Research Engineering Co | Low excess air operation of multipleburner residual-fuel-fired furnaces |
| SU603807A1 (ru) * | 1972-10-20 | 1978-04-25 | Ленинградский Научно-Исследовательский Институт Ордена Трудового Красного Знамени Академия Коммунального Хозяйства Им.К.Д.Паамфилова | Способ автоматического регулировани процесса горени |
| SU985600A1 (ru) * | 1981-04-24 | 1982-12-30 | Саратовский филиал Специального конструкторского бюро Всесоюзного научно-производственного объединения "Союзгазавтоматика" | Устройство контрол наличи пламени |
| RU2096690C1 (ru) * | 1993-02-26 | 1997-11-20 | Тольяттинский политехнический институт | Способ контроля и управления сжиганием топлива и ионизационный датчик для его осуществления |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СТЕПАНОВ Е.М. и др. Ионизация в пламени и электрическое поле, М. Металлургия, 1968, с. 158. ДЖ. ЛАУТОН и др. Электрические аспекты горения, М., Энергия, 1976, с.129-136. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2717868C1 (ru) * | 2018-12-10 | 2020-03-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Способ оптимизации капельно-факельного сжигания водоугольного топлива в вихревом потоке |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013133057A (ru) | 2015-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Romero et al. | Spectrometer-based combustion monitoring for flame stoichiometry and temperature control | |
| Hjärtstam et al. | Combustion characteristics of lignite-fired oxy-fuel flames | |
| RU2499192C1 (ru) | Способ автоматического регулирования процесса горения в тепловом агрегате | |
| US7128818B2 (en) | Method and apparatus for monitoring gases in a combustion system | |
| Kuang et al. | Experimental study on combustion and NOx emissions for a down-fired supercritical boiler with multiple-injection multiple-staging technology without overfire air | |
| CN103672948A (zh) | 工业炉窑的燃烧控制系统及控制方法 | |
| US8682499B2 (en) | Combustion air control | |
| KR20120106965A (ko) | 하나의 세트의 연소 챔버들의 연소 설정들을 수정하는 방법 및 이 방법을 실시하는 장치 | |
| US6277268B1 (en) | System and method for monitoring gaseous combustibles in fossil combustors | |
| RU2551714C2 (ru) | Способ контроля и управления коэффициентом избытка окислителя при сжигания топлива | |
| US6341519B1 (en) | Gas-sensing probe for use in a combustor | |
| CN112534252B (zh) | 火焰离子化探测器和分析含氧测量气体的方法 | |
| RU2357153C2 (ru) | Способ контроля и управления горением топлива | |
| US20220034696A1 (en) | Method and device for measuring a flow velocity of a gas stream | |
| Mahieu et al. | Improving fuel gas injection in anode baking furnace | |
| Jing et al. | Study of the influence of vane angle on flow, gas species, temperature, and char burnout in a 200 MWe lignite-fired boiler | |
| RU2539222C1 (ru) | Способ автоматического регулирования процесса горения в тепловом агрегате | |
| Niklasson et al. | Local air ratio measured by zirconia cell in a circulating fluidised bed furnace | |
| US11366089B2 (en) | Analysis condition adjusting device of simple fuel analyzer | |
| CN113578513A (zh) | 一种直吹式制粉系统磨煤机出口温度的控制方法及系统 | |
| Wildy et al. | Fired heater optimization | |
| Butcher | Performance control strategies for oil-fired residential heating systems | |
| Vitter et al. | Use of an oxygen minigauge for monitoring domestic and medium-sized boilers | |
| Innami et al. | Real-time CO measurement in a coal fired boiler with a TDLS analyzer | |
| RU2493488C1 (ru) | Способ оптимизации процесса горения топлива |